c. Duy trì vệ tinh trên quỹ đạo
3.2.2.Khảo sát thông số EIRP và G/T ở nƣớc ta
Băng tần C: Bảng 3.1. EIRP và G/T ở băng tần C City EIRP (dBW) G/T (dB/K) Hà Nội 44,1 -0,6 Hồ Chí Minh 43,6 -0,3 Hải Phòng 44,1 -0,6 Đà Nẵng 44,1 -0,3 Nha Trang 43,8 -0,2 Quy Nhơn 43,9 -0,2 Huế 44,2 -0,2
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 63 Băng tần ku: Bảng 3.2. EIRP và G/T ở băng tần ku City EIRP (dBW) G/T (dB/K) Hà Nội 54,5 8,4 Hạ Long 54,2 8,3 Thanh Hóa 53,8 8 Đà Nẵng 53,5 7,8 Nha Trang 53,5 7,9 Hồ Chí Minh 53,6 7,8 * Kết luận:
Chƣơng này đã xét các dạng tổn hao đƣờng truyền khác nhau nhƣ: tổn hao do các phần tử của thiết bị vô tuyến, tổn hao không gian tự do, tổn hao khí quyển, tổn hao lệch định hƣớng anten, tổn hao lệch phân cực, tổn hao do mƣa… cho ta biết nguyên nhân của suy hao, đƣa ra các vấn đề để tìm hƣớng giải quyết để giảm suy hao trong thông tin vệ tinh, chúng ta cũng tìm hiểu đƣợc một phần công thức cơ bản để làm tiền đề tính can nhiễu giữa các vệ tinh trong chƣơng IV.
Cần Thơ 43,4 -0,3
Nam Định 44,1 -0,5
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 64
CHƢƠNG IV
TÍNH NHIỄU ẢNH HƢỞNG GIỮA VỆ TINH VINASAT VỚI VỆ TINH LÂN CẬN
* Nội dung chính của chƣơng gồm: + Tính giá trị ngƣỡng ∆T/T
+ Các trƣờng hợp chồng lấn tần số + Cung phối hợp tần số
+ Tính C/I
+ Hai bài toán thực nghiệm 4.1. Giá trị ngƣỡng của ∆T/T
Hình 4.1. Giá trị C/N
Với D/C (Down Converter ) là bộ đổi tần xuống từ cao tần (RF) thành trung tần (IF) - Ntot = N + I
Với Ntot là tổng các nguồn nhiễu N là công suất tạp âm nhiệt I là tạp âm nhiễu ngoài
- Nếu I << N thì I/N < giới hạn ngƣỡng
khi đó, không có ảnh hƣởng bất lợi đến hiệu suất hệ thống
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 65
- Nhiễu nhiệt hệ thống: N = KTB
Với K là hằng số Bolzman = -228,6 (dBw/Hz 0K) T là nhiệt độ tạp âm bộ thu (0K)
B là băng thông (Hz)
- Nếu N0 là mật độ phổ công suất tạp âm nhiễu (W/Hz) ta có: N = N0B với N0 = KT
- Nếu Im là giá trị max của mật độ phổ của tạp âm nhiễu bên ngoài vào hệ thống là I thì:
I ≤ ImB I/N ≤ Im/N0
- Nếu ∆T là nhiệt độ tạp âm hệ thống tăng lên gây ra bởi Im thì: Im = K∆T Im/N0 = ∆T/T
- Việc tính toán thông qua nhiệt độ nhiệt tạp âm rất thuận lợi vì không phải tính mật độ công xuất nhiễu ngoài qua việc tính tích phân trong toàn bộ băng tần bộ thu. Nhƣ vậy tính toán nhiễu từ bên ngoài thông qua tỷ số T/T sẽ đơn giản hơn nhiều
Hình 4.2. Sơ đồ tuyến thông tin vệ tinh
Với: Prs là công suất ở đầu ra của anten SAT Pre là công suất ở đầu ra của anten ES
γ là độ lợi ( độ khuếch đại) = Pre/ Prs Ts là nhiệt độ tạp âm của máy thu SES
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 66
T là nhiệt độ tạp âm tƣơng đƣơng của trạm mặt đất: T = Te + γTs (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.3. Vệ tinh gây nhiễu
- Im là mật độ công suất nhiễu ở đầu ra anten thu - Im = (p’G’tGr)/L Với: Im = K∆T Suy ra: ∆T = Im/K T/T = Im /KT T/T = (p’ Gt’ Gr )/KLT Im/N0 = T /T ≤ 6% (Theo ITU – R) giá trị ngƣỡng của T /T
Trƣờng hợp xấu nhất xảy ra với nhiễu can thiệp khi tính T/T : - Với vệ tinh SAT : độ nhạy của máy thu bị ảnh hƣởng bởi nhiễu
- Với vệ tinh gây nhiễu: có thể gây ra tối đa nhiễu tới mạng vệ tinh SAT - Giá trị cao nhất của độ khuếch đại anten SAT và anten vệ tinh gây nhiễu:
+ vệ tinh gây nhiễu truyền đến trạm mặt đất theo đúng hƣớng và vệ tinh VINASAT có anten thu độ khuếch đại cao nhất
+ vệ tinh VINASAT thu tín hiệu trạm mặt đất đúng hƣớng và vệ tinh gây nhiễu truyền với độ khuếch đại cao nhất
- Bức xạ nhiễu gây ra bởi mật độ công suất nhiễu lớn nhất - T quá nhỏ
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 67
4.2. Chồng lấn tần số giữa hai vệ tinh
4.2.1. Chồng lấn tần số chỉ downlink (wanted)
Hình 4.4. Chồng lấn tần số chỉ downlink (wanted)
vệ tinh Vinasat chỉ downlink và không uplink:
Mật độ công suất nhiễu p’s đƣợc bổ sung thêm nhiễu nhiệt của vệ tinh VINASAT ∆TE ở anten thu trạm mặt đất
TE / TE = p’s G’3 G4(w) / LD KTE
4.2.2. Chồng lấn tần số chỉ uplink (wanted)
Hình 4.5. Chồng lấn tần số chỉ uplink (wanted)
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 68
Mật độ công suất nhiễu p’e đƣợc bổ sung thêm nhiễu nhiệt ∆Ts ở anten thu tại vệ tinh VINASAT
TS / TS = p’e G’1(i)G2 / LU KTS
4.2.3. Chồng lấn tần số chỉ uplink (interfering)
Hình 4.6. Chồng lấn tần số chỉ uplink (interfering)
Mật độ công suất nhiễu p’e đƣợc bổ sung thêm nhiễu nhiệt TS ở anten thu của vệ tinh VINASAT
TS / T= p’e G’1(i)G2 / LU K T
4.2.4. Chồng lấn tần số chỉ downlink (interfering) truyền đến ES
Hình 4.7. Chồng lấn tần số chỉ downlink (interfering) truyền đến ES
Mật độ công suất nhiễu p’S đƣợc bổ sung thêm nhiễu nhiệt TE ở anten thu của trạm mặt đất
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 69
4.2.5. Chồng lấn tần số cả uplink và downlink
Hình 4.8. Chồng lấn tần số cả uplink và downlink
Mật độ công suất nhiễu p’e và p’S đƣợc bổ sung thêm nhiễu nhiệt TS và TE (TE + TS )/ T= 1/K T[{p’s G’3G4 (W)/ LD}+ {p’e G`1(i)G2 / LU}] (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.2.6. Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến SAT
Hình 4.9. Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến SAT
Tƣơng tự nhƣ trên ta có:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 70
4.2.7. Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến SAT (SAT chỉ uplink) chỉ uplink)
Hình 4.10. Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến SAT (SAT chỉ uplink)
Ta có:
TS / TS = p’S G’3 (S)G2 (S)/ LS K TS
4.3. Cung Phối Hợp Quỹ Đạo
Là khoảng cách giữa hai vệ tinh (tính theo độ) theo quy định của ITU cho các băng tần mà nếu hai vệ tinh nằm trong cung quỹ đạo phối hợp (<=aa giá trị đƣợc liệt kê dƣới đây) của nhau thì có thể khởi động tiến trình phối hợp Phƣơng pháp này đƣợc thực hiện khi không dùng tính ∆T/T cho các mạng vệ
tinh:
- Cả 2 đều sử dụng dịch vụ vệ tinh cố định (FSS: FIXED SATELLITE SERVICE), phát thanh vệ tinh (BSS: BROADCASTING SATELLITE) và các hoạt động dịch vụ ở trên vũ trụ
- Có sự định hƣớng vệ tinh - Sử dụng băng tần số bên dƣới - Đƣợc định vị với tọa độ thích hợp - Đã thiết lập các băng tần
- Thuộc về những mạng vệ tinh mà đƣợc định vị bên trong cung phối hợp
Băng Tần Cung Phối Hợp Thích Hợp (aa) 3400 – 10950 MHz ± 10° của vị trí quỹ đạo danh nghĩa
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 71
10.95 – 17.7 GHz ± 9° của vị trí quỹ đạo danh nghĩa trên 17.7 GHz ± 8° của vị trí quỹ đạo danh nghĩa
Khi mạng vệ tinh trong những băng tần đã nêu, phƣơng pháp cung phối hợp đƣợc áp dụng, nếu định vị bên ngoài cung phối hợp thì phối hợp sẽ không đƣợc nhƣng có thể áp dụng đƣợc nếu T/T > 6%
Khi mạng vệ tinh ở trong băng tần đã nêu, phƣơng pháp cung phối hợp đƣợc áp dụng, nếu định vị bên trong cung phối hợp và T/T < 6% thì phƣơng pháp cung phối hợp có thể áp dụng
Tóm tắt những điều kiện phối hợp giữa những vệ tinh địa tĩnh trong mạng:
- Hai mạng đó nằm trong cung quỹ đạo phối hợp của nhau
- Phối hợp đƣợc áp dụng bởi T/T > 6% hoặc tỷ số C/N dƣới mức yêu cầu - Phối hợp đƣợc kích hoạt bởi ngƣời quản lý khi vệ tinh ở trong băng tần
4.4. Tính C/I
Sự cần thiết phải tính C/I:
- Nhu cầu phối hợp đƣợc thiết lập bởi cung phối hợp vệ tinh T/T > 6% - T/T > 6% không tất yếu chỉ ra đƣợc sự can thiếp của nhiễu vì việc tính
toán T/T không nằm trong các công thức:
+ Phạm vi hình thành của nhiễu chỉ có giá trị I/N là đƣợc xem xét
+ Phạm vi chồng chéo tần số giữa tín hiệu mong muốn và tín hiệu gây nhiễu + Mức độ tín hiệu mong muốn
+ Hiệu quả lọc tín hiệu của máy thu
Tần suất của nhiễu có hại do đó đƣợc tính bởi C/I Phƣơng pháp luận tính C/I (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Để kiểm tra xác suất của nhiễu có hại giữa vệ tinh mong muốn và vệ tinh gây nhiễu:
- Bƣớc 1: tính toán cơ bản C/I và điều chỉnh nó theo sự chênh lệch băng thông giữa vệ tinh mong muốn và vệ tinh gây nhiễu
- Bƣớc 2: tính toán giá trị yêu cầu C/I từ: + theo tiêu chuẩn của ngƣời quản lý hoặc + xuất phát từ tiêu chí của ITU:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 72
(C/I)yêu cầu = C/N + K ở đây K = 14 hoặc 12,2 (dB) (theo ITU)
- Bƣớc 3: tính toán dung sai M = (C/I)điều chỉnh - (C/I)yêu cầu Phƣơng pháp phân tích tính tƣơng thích 1:
- Bƣớc 1: thuật tính toán C/I Tính toán:
+ (C/I )b : giá trị cơ bản của C/I (sử dụng phƣơng pháp hình học ITU) + (C/I )a = {(C/I )b + Ia} điều chỉnh giá trị của C/I
Ia can thiệp ( yếu tố điều chỉnh băng thông)
+ C/I cho uplink và downlink sử dụng giá trị của Ia cho mội trƣờng hợp nhƣ sau:
(C/I )u trƣờng hợp xấu nhất uplink, điều chỉnh giá trị của C/I tại điểm bất kỳ
(C/I )d trƣờng hợp downlink, điều chỉnh giá trị của C/I tại 1 điểm đặc biệt (C/I )T toàn bộ giá trị C/I tại 1 điểm đặc biệt
1. Trƣờng hợp 1: (C/I )T = (C/I )u khi không có downlink của vệ tinh mong muốn hay vệ tinh gây nhiễu vào hệ thống hoặc cả 2 hoặc hệ thống không trùng nhau trong downlink của hệ thống vệ tinh mong muốn hay vệ tinh gây nhiễu
2. Trƣờng hợp 2: (C/I )T = (C/I )d khi không có uplink của vệ tinh mong muốn hay vệ tinh gây nhiễu vào hệ thống hoặc cả 2 hoặc hệ thống không trùng nhau trong uplink của hệ thống vệ tinh mong muốn hay vệ tinh gây nhiễu
3. Trƣờng hợp 3: khi cả uplink và downlink đều có trong vệ tinh mong muốn và vệ tinh gây nhiễu và chồng lấn tần số trong cả 2 hƣớng
(C/I)T = -10lg ( 10-0,1(C/I)u + 10-0,1(C/I)d ) Ƣu điểm của việc điều chỉnh nhiễu hoặc băng thông:
- Đối với tình huống khi băng thông có sóng mang nhiễu vƣợt quá giá trị mong muốn nó sẽ ảnh hƣởng đến hiệu suất của hệ thống
- Khi sóng mang nhiễu nằm hoàn toàn trong giá trị mong muốn: + Không có giảm công suất sóng mang nhiễu
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 73
+ Không có lợi thế về băng thông, điều chỉnh đến mức của nhiễu
- Khi sóng mang nhiễu có 1 băng thông lớn hơn băng thông của sóng mang mong muốn: công suất của sóng mang nhiễu giảm tƣơng ứng với chồng lấn tần số
Phƣơng pháp phân tích tính tƣơng thích 2:
- Bƣớc 2: thuật tính toán C/N và yêu cầu tối thiếu của C/I
+ tính nhiễu hệ thống ở máy thu (cho uplink và downlink) sử dụng các công thức sau:
N = - 228.6 + 10[ log10(TR) + 6 + log10(BW)] (dBW) Với TR: nhiễu nhiệt hệ thống tại máy thu (0K)
BW: băng thông máy thu (MHZ)
+ tính C/N ở điểm thử: (C/N)dBW = CdBW - NdBW
+ tính (C/N )T là toàn bộ giá trị của C/N (dB) tại điểm thử đặc biệt:
1. trƣờng hợp 1: (C/N )T = (C/N )u trƣờng hợp xấu nhất C/N (dB) ở 1 vài điểm thử uplink, khi không tồn tại chồng chéo tần số ở downlink của tín hiệu vệ tinh mong muốn và vệ tinh gây nhiễu
2. trƣờng hợp 2: (C/N )T = (C/N )d downlink C/N (dB) ở vài điểm thử đặc biệt khi không tồn tại chồng lấn tần số ở downlink của tín hiệu vệ tinh mong muốn và vệ tinh gây nhiễu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3. trƣờng hợp 3:Khi tồn tại cả uplink và downlink của tín hiệu vệ tinh mong muốn và vệ tinh gây nhiễu, không tồn tại chồng lấn tần số cả 2 hƣớng
(C/N)T = -10lg ( 10-0,1(C/N)u + 10-0,1(C/N)d ) Yêu cầu tối thiểu của C/I: C/Itối thiểu = (C/N )T + K
Hệ số K phụ thuộc vào loại sóng mang (TV-FM, Digital, SCPC-FM) và nhận những giá trị 14 hoặc 12,2 (dB) (theo ITU)
Phƣơng pháp phân tích tƣơng thích 3: - Bƣớc 3: thuật tính độ dự trữ M
+ M = (C/I )a - (C/I)m (dB)
với (C/I )a: giá trị điều chỉnh của C/I,có tính đến yếu tố điều chỉnh hệ số nhiễu (dB)
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 74
(C/I)m: giá trị tối thiểu của C/I, tính tại mỗi điểm thử (do đó M sẽ có giá trị khác nhau tại mỗi điểm thử) (dB)
(C/I)m = (C/N)T + K (K là hệ số) (dB)
Do đó: M = (C/I )a - (C/N)T - K (dB)
4.5. Tính toán thực tế
Nghiên cứu tình huống 1: tính T/T , C/I, C/N và M
Hình 4.11. Nghiên cứu tình huống 1
- Góc ở tâm (g )= {(132 - 0.05) – (130.5 + 0.05)} = 1.4 (1) - Khoảng cách vệ tinh với ES: d = 42644(1- 0.2954Cos)1/2
(2)
với: Cos = Cos(vĩ độ ES).Cos(hiệu kinh độ đông của VT với kinh độ đông của ES)
- Suy hao không gian tự do: L = 20{ log10 f+ log10 d } + 32.45 (dB) (f:MHz) (3) - w = cos –1[{d22 + d42 – (84332sin(g/2))2}/2 d2 d4] (4) - i = cos –1[{d32 + d52 – (84332sin(g/2))2}/2 d3 d5] (5) Áp dụng (1),(2),(3),(4),(5) ta tính ra các kết quả nhƣ hình - T/T : TE = pS’ + G3’ – L4 + G4(w) = - 48.6 + 20 -196.263+ 27.461 = -197.4 dB
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 75 te = 10-19.74 TS = pe’ + G’1(i) – L3 + G2 = -20 + 27.461 - 199.977+21= -171.5 dB ts = 10-17.15 = 9,6 dB = 100.96 = 9.12 T = 15573K t = te+ ts = 10-19.74 + 9,12 x 10-17.15 = 6,458.10-17 (t/t)x100 = (6,458.10-17 x 100)/(15573 x 1,38.10-23) = 30050% - C/I : Cuplink = Pe + G1m-L1+ G2m = 25,6 + 53 – 200,08 + 21 = -100,48 dB Cdownlink= Ps+G3 – L2 + G4m= 12,9 + 21 – 194,7 + 49,1 = -111,7 dB
Iuplink = Pe’+G’1(I )- L3 +G2 = 16 + 27,461 – 199,977 + 21 = -135,516 dB Idownlink= Ps’+G3’–L4+G4(w) = -12,6 + 20 – 196,22 + 27,461 = -161,359 dB (C/I)uplink = -100,48 + 135,516 = 35.036 dB
(C/I)downlink = -111,7 + 161,359 = 49,659 dB C/Itotal = -10 lg ( 10-3,5 + 10-4,9659 ) =34,85 dB - C/N:
Nu là nhiễu nhiệt của vệ tinh mong muốn Nd là nhiễu nhiệt của trạm mặt đất
Nu = -228.6 + 10(log10(1778) + log10(36x106)] = -120,537 dB Nd= -228.6 + 10(log10(184) + log10(36x106)] = -130,389 dB (C/N)u = -100,48 + 120,537 = 20,057 dB (C/N)d = -111,7 + 130,389 = 18,689 dB (C/N)total = -10 lg ( 10-2 + 10-1,8689 ) =16,28 dB - Dự trữ M:
(C/I)yêu cầu tối thiểu = (C/N)total + 12.2 dB = 16,28 +12,2 = 28,48 dB M = (C/I)Total - (C/I)yêu cầu tối thiểu = 34,85 – 28,48 = 6,37 dB
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 76 Hình 4.12. Nghiên cứu tình huống 2
- Góc ở tâm (g )= {(132 - 0.05) – (130.5 + 0.05)} = 1.4 (1) - Khoảng cách vệ tinh với ES: d = 42644(1- 0.2954Cos)1/2
(2)
với: Cos = Cos(vĩ độ ES).Cos(hiệu kinh độ đông của VT với kinh độ đông của ES)
- Suy hao không gian tự do: L = 20{ log10 f+ log10 d } + 32.45 (dB) (f:MHz) (3) - w = cos –1[{d22 + d42 – (84332sin(g/2))2}/2 d2 d4] (4) - i = cos –1[{d32 + d52 – (84332sin(g/2))2}/2 d3 d5] (5) Áp dụng (1),(2),(3),(4),(5) ta tính ra các kết quả nhƣ hình - T/T : TE = pS’ + G3’ – L4 + G4(w) = - 60,4 + 20 -196.263+ 27.461 = -209,2 dB te = 10-20,9 TS = pe’ + G’1(i) – L3 + G2 = -39,9 + 27.461 - 199.977+26= - 186,3 dB ts = 10-18,63 = -6 dB = 10-0,6 = 0,2511 T = 2309K t = te+ ts = 10-20,9 + 0,2511 x 10-18,63 = 6,012.10-20
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 77 (t/t)x100 = (6,012.10-20 x 100)/(2309 x 1,38.10-23) = 188,7% - C/I :
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});